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WO2009092439A1 - Betriebsverfahren und schaltungsanordnung für lichtquellen - Google Patents

Betriebsverfahren und schaltungsanordnung für lichtquellen Download PDF

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WO2009092439A1
WO2009092439A1 PCT/EP2008/050740 EP2008050740W WO2009092439A1 WO 2009092439 A1 WO2009092439 A1 WO 2009092439A1 EP 2008050740 W EP2008050740 W EP 2008050740W WO 2009092439 A1 WO2009092439 A1 WO 2009092439A1
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WO
WIPO (PCT)
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converter
light source
value
current
dwell time
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/050740
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin BRÜCKEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
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Priority to KR1020107018561A priority patent/KR20100114900A/ko
Priority to EP08708105A priority patent/EP2236012B1/de
Priority to CN2008801254597A priority patent/CN101926229B/zh
Priority to JP2010543389A priority patent/JP5269100B2/ja
Priority to US12/864,224 priority patent/US8232744B2/en
Priority to AT08708105T priority patent/ATE540559T1/de
Priority to TW098102157A priority patent/TWI449469B/zh
Publication of WO2009092439A1 publication Critical patent/WO2009092439A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2885—Static converters especially adapted therefor; Control thereof
    • H05B41/2886—Static converters especially adapted therefor; Control thereof comprising a controllable preconditioner, e.g. a booster
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to an operating method for light sources according to the preamble of claim 1 and of a circuit arrangement according to the preamble of claim 8. It is in particular a method for controlling a circuit arrangement for light sources, which are reversed at regular intervals who - or where frequent large changes in power are necessary. Particular attention is given to the big ⁇ SSE overshoots that are triggered by the current change.
  • DC voltage In general, direct current is supplied by a switched-mode power supply, hereinafter referred to as DC voltage called converter provided.
  • DC voltage called converter provided.
  • DC voltage usually known topologies such as buck (Bück), boosters (boost), inverse converter (buck-boost), C ⁇ k or sepia converter.
  • the voltage is supplied to the DC-DC converter is higher than the voltage at the light source, which is why preferably a turned-down converter is ⁇ sets.
  • the power the DC-DC converter provides to a load can generally be adjusted by the duty cycle or switching frequency of electronic switches included in the DC-DC converter.
  • the DC-DC Converters clamping ⁇ has a control input to which a setpoint value is fed. If it is at the DC voltage wall ⁇ ler for example a buck converter, a pulse width modulator (PWM) is generally used, which converts the target value into a control signal for the step-down converter included in the electronic switch.
  • PWM pulse width modulator
  • the object is achieved with respect to the circuit arrangement with a circuit arrangement for operating light sources, which has a DC-DC converter and a control circuit, wherein it is operated by the above-mentioned method.
  • the light source is preferably operated with a rectangular current.
  • the rapid changes in the setpoint can thereby be reversing the polarity of the lamps ⁇ current.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a Be ⁇ operating device with which the inventive method can be performed.
  • FIG. 2 A schematic sectional view of a video projection system.
  • FIG. 3 A diagram of the illuminance over the time range of a complete color wheel run.
  • FIG. 4 A diagram of the light source current with time ranges for the normal and increased converter frequency according to the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an operating device 1 with which the method according to the invention can be carried out.
  • the operating device 1 has a 380V DC input. This voltage arises when, for example, a 230 V mains voltage, as is common in Europe and other parts of the world, is rectified and supported by a storage capacitor.
  • the voltage is input to a first DC-DC converter 11 which generates from the input voltage a lamp voltage suitable for a gas-discharge lamp 5.
  • This lamp voltage is further processed in an inverter 13, which forms a square-wave voltage with a frequency of a few 100 Hz from the DC voltage.
  • The- The square-wave voltage is applied to the gas-discharge lamp 5 via a superimposed ignition device 17.
  • the operating device 1 includes a second DC voltage converter 12, which is designed to supply the control circuit 15 with energy.
  • the control circuit 15 controls the first DC-DC converter 11 and the inverter 13 in such a manner that the erfindungsge ⁇ Permitted method is performed.
  • the operating device 1 is designed as an operating device for a video projection system.
  • the control circuit 15 In order to communicate with the video electronics, the control circuit 15 to an input E VL , which is guided via a galvanic Tren ⁇ tion 16. Via this input, the control circuit 15 receives a sync signal via which the synchronization with the video electronics takes place.
  • FIG. 2 comprises an operating device 1 according to the exemplary embodiment of FIG. 1.
  • This operating device 1 operates the gas discharge lamp 5, which emits white light which is focused onto colored filters of a filter wheel 6 by means of optics 51, for example a lens becomes.
  • the filter wheel 6 is in Ab ⁇ beam direction of the gas discharge lamp 6, a further Op ⁇ tik 52, for example, also a lens nachgeord ⁇ net, which directs the light selected by the filter wheel 6 on a DMD chip 71.
  • the DMD chip 71 comprises microscopically small pivoting mirrors which direct the colored light either onto or away from a projection optics 8, depending on whether the associated pixel is to be switched off or not.
  • the DMD chip 71 comprises the light valves for controlling the individual pixels of the video projection system.
  • the filter wheel 6 acts here ⁇ as a color modulator sequentially successively selected individual colors from the white light of the lighting device 10, which consists of the operating device 1 and the Gasent ⁇ charge lamp 5 selected.
  • the filter wheel 6 includes a red filter, a green filter, and a blue filter.
  • the first segment S R has a time interval t R , during which the light curve 23 has a constant illuminance B R.
  • the first segment S R is assigned to the color red, that is, during the time interval t R of the red filter of the filter wheel 6 ⁇ red light from the white light of the BL LEVEL ⁇ processing device selects 10th
  • the illuminance of the light curve changes to the illuminance B G , which is kept constant during a time interval t G of the second segment S G , which is associated with the color green. Therefore, during the time interval t G, the green filter of the filter wheel 6 selects green light from the white light of the illumination device 10.
  • the time interval t G has elapsed the filter wheel 6 on the blue filter and the light curve 23 in the third segment S B.
  • the loading ⁇ illuminance of the light curve 23 to the value B B wech ⁇ selt, which is kept constant during a time interval t B th. Due to the different values of the illuminance within the different segments S R , S G , S B of the light curve 23, which are assigned to the individual colors red, green and blue of the filters of the filter wheel 6, the illuminance of the illumination device 10 is adjusted in such a way that that the brightnesses of the individual colors red, green and blue correspond to a desired value, which lead to a given color temperature of the display system.
  • the three segments S R , S G , S B of the light curve 23 form a period of the light curve 23 which has a duration between 16 ms and 20 ms, the limits being included.
  • a reversal of the lamp current preferably takes place when the filter wheel 6 changes colors. At this time, the light signal from the DMD chip 71 is darkened to avoid unwanted color blurring. To the reversal of polarity of the lamp current to synchro nize ⁇ , the video electronics sends a sync signal to the control circuit 15, which then converts it into a corresponding control of the inverter. 13
  • Another source for fast lamp current changes is the so-called maintenance impulse, this is known eg from EP 766906 B1.
  • the pulse is superimposed on the normal rectangle, preferably shortly before and / or shortly after the commutation, ie the lamp current reversal.
  • the pulse serves to shape and maintain the electrode tips of the gas discharge lamp.
  • the maintenance But pulse is also known in gas discharge lamps, which are operated in DC mode. As a result of this pulse, large lamp current changes occur within a rectangular half-wave and can be corrected particularly well with the method according to the invention.
  • the control ⁇ circuit 15 is the inverter 13, the switching frequency and the lamp power or the lamp current as a setpoint. Since the control circuit 15 knows when the next commutation or the next maintenance pulse is pending, it can raise the setpoint for the converter frequency shortly before this time. This has the consequence that the DC-DC converter 11 can react much faster to the now coming current changes, and the desired waveform is simulated better.
  • Fig. 4 is a half wave of the Lam ⁇ penstroms 21 is exemplified.
  • the DC-DC converter 11 is operated at a first frequency. This normal value of the frequency is chosen so that the losses of the converter are minimized.
  • the converter is thus preferably operated in intermittent operation or at the cut-off frequency between gapless and non-gaping operation.
  • Kickenden operation here the operation of a clocked switching regulator is called, in which the current through the switch before it turns to zero.
  • Non-latching operation refers to the operation of a clocked switching regulator in which the current through the switch has not become zero prior to its being turned on. When non-leaking operation thus switching losses.
  • the most favorable operation for a switched-mode switching regulator is operation at the boundary between gapless and non-gaping operation. At this operating point, the losses relative to the transmitted power are minimal.
  • the frequency of the DC-DC converter 11 is increased by an increase value in order to be able to better regulate the large current changes. Since the DC-DC converter due to its impedance-forming components, such as inductors and capacitors, has a certain inertia, the Soll ⁇ value change of the frequency takes place a period of time t RZ before the setpoint change of the lamp current. After the setpoint change of the lamp current, a certain latency t 2 -t RZ is taken into account, during which the lamp current has certainly changed. Then the frequency is again reduced by the raised stabili ⁇ hung value to the first frequency.
  • the inventive method is also advantageous.
  • the different light-emitting diode strands which generate the different colors, eg red, green and blue, are re-activated for each pixel.
  • the current changes due to the light emitting ⁇ the sometimes very large.
  • the inventive Ver ⁇ drive the major changes in current of the LEDs are handled much better than it was previously possible.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Lichtquelle (5), die von einem Gleichspannungswandler (11) mit einer Leistung versorgt wird, wobei durch Vorgabe eines Sollwerts für einen Betriebsparameter des Gleichspannungswandlers (11) ein Stellwert geregelt wird, und folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: vor schnellen Änderungen des Sollwerts Erhöhen der Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers (11) um einen Erhöhungswert, Abwarten einer Verweilzeit (tRZ), Einstellen des neuen Sollwerts, warten auf das Ende einer Gesamtverweilzeit (t2), Erniedrigen der Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers (11) um den Erhöhungswert.

Description

Be s ehre ibung
[1] Betriebsverfahren und Schaltungsanordnung für Lichtquellen .
Technisches Gebiet
[2] Die Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für Lichtquellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Es handelt sich dabei insbesondere um ein Verfahren zur Regelung einer Schaltungsanordnung für Lichtquellen, die in regelmäßigen Abständen umgepolt wer- den, oder bei denen häufig große Stromänderungen notwendig werden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Grö¬ ße von Überschwingungen, die durch die Stromänderung ausgelöst werden.
Stand der Technik
[3] Allgemein verbreitet bei elektronischen Betriebsge¬ räten für Gasentladungslampen ist der sog. Rechteckbetrieb. Dabei wird die Lampe mit einem Gleichstrom beauf¬ schlagt, der in regelmäßigen Abständen umgepolt wird. Das Umpolen ist nötig, um Elektrophorese-Effekte zu vermeiden und um jede Elektrode der Lampe gleich zu belasten. Eben¬ falls verbreitet ist bei speziell dafür ausgelegten Gas¬ entladungslampen der Gleichstrombetrieb. Für bestimmte Anwendungen, z.B. im Projektionsbetrieb sind jedoch auch bei Gleichstromlampen schnelle Stromänderungen notwendig. Auch bei Projektionsanwendungen mit Halbleiterlichtquel¬ len sind sehr schnelle Stromänderungen notwendig, um eine konstante Farbtemperatur zu sichern.
[4] Der Gleichstrom wird im Allgemeinen von einer getakteten Stromversorgung, im folgenden auch Gleichspannungs- wandler genannt, bereitgestellt. Dabei handelt es sich meist um bekannte Topologien wie Tiefsetzer (Bück) , Hochsetzer (Boost) , Inverswandler (Buck-Boost) , Cύk- oder Sepie-Wandler. Meist ist die Spannung, die dem Gleichspan- nungswandler zugeführt wird, höher als die Spannung an der Lichtquelle, weshalb bevorzugt ein Tiefsetzer einge¬ setzt wird. Die Leistung, die der Gleichspannungswandler einer Last bereitstellt kann im Allgemeinen durch das Tastverhältnis oder die Schaltfrequenz von elektronischen Schaltern, die in dem Gleichspannungswandler enthalten sind, eingestellt werden. Dazu besitzt der Gleichspan¬ nungswandler einen Stelleingang an dem ein Sollwert eingespeist wird. Falls es sich bei dem Gleichspannungswand¬ ler z.B. um einen Tiefsetzer handelt, so wird meist ein Pulsweitenmodulator (PWM) verwendet, der den Sollwert in ein Ansteuersignal für den im Tiefsetzer enthaltenen elektronischen Schalter umsetzt.
[5] Treten nun schnelle Stromänderungen im Sollwert auf, z.B. durch das Umpolen des Lampenstroms oder durch Farb- änderungen in Projektorsystemen, so kann der Gleichspannungswandler diesen schnellen Stromänderungen nicht folgen. Die Änderung des Stromes verläuft langsamer und es tritt ein Überschwingverhalten auf, d.h. dass der Istwert des Stromes über den Sollwert hinausgeht und sich erst nach einiger Zeit wieder dem Sollwert nähert. Dadurch nimmt die Lichtquelle mehr Leistung auf, was sich in ei¬ ner erhöhten, oft unerwünschten Lichtabgabe niederschlägt. Bei Projektionssystemen kann durch diesen Effekt z.B. die Farbdarstellung verfälscht werden. Durch den kurzzeitig erhöhten Strom erhöhen sich auch unerwünschte Geräusche, die die Schaltung aufgrund von Magnetostrikti¬ onen und anderen Mechanismen an ihre Umwelt abgibt.
[6] In der EP 1 326 483 Al wird daher versucht, das Ü- berschwingverhalten aufgrund der Umpolung des Lampen- Stroms zu vermeiden, indem kurz vor dem Umpolen der Sollwert des Stromes erniedrigt wird und kurz nach der Umpo¬ lung wieder der gewünschte Sollwert eingestellt wird. Es wird also die Sollgröße synchron zur Umpolung und damit synchron zum Umschaltsignal um einen Absenkwert mit zeit- lichem Verlauf abgesenkt. Dies reduziert zwar das Über- schwingverhalten beim Umpolen des Lampenstroms, also beim Kommutieren der Lampe, kann aber nicht immer einen Beitrag zu schnellen Stromänderungen des Lampenstroms leis¬ ten, die eine schnelle Änderung der Lampenleistung nach sich ziehen.
Aufgabe
[7] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb von Lichtquellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Betriebsgerät zum Betrieb von Lichtquellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 bereitzustellen, das eine schnelle Änderung des Lichtquel¬ lenstroms mit im Vergleich zum Stand der Technik reduziertem Überschwingen bewerkstelligt.
Darstellung der Erfindung
[8] Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens er¬ folgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Regelung einer Lichtquelle, die von einem Gleichspannungswandler mit einer Leistung versorgt wird wobei durch Vorgabe ei¬ nes Sollwerts für einen Betriebsparameter des Gleichspan- nungswandlers (11) ein Stellwert geregelt wird, gekenn¬ zeichnet durch folgende Verfahrensschritte: vor schnellen Änderungen des Sollwerts Erhöhen der Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers (11) um einen Erhöhungswert,
Abwarten einer Verweilzeit (tRZ) ,
Einstellen des neuen Sollwerts, warten auf das Ende einer Gesamtverweilzeit (t2) ,
Erniedrigen der Schaltfrequenz des Gleichspannungs- wandlers um den Erhöhungswert.
[9] Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Schaltungsanordnung erfolgt mit einer Schaltungsanordnung zum Betreiben von Lichtquellen, die einen Gleichspannungswandler und eine Steuerschaltung aufweist, wobei sie mit dem oben genannten Verfahren betrieben wird.
[10] Bevorzugt wird das Einstellen des neuen Sollwerts während der Verweilzeit (tRZ) vorgenommen. Alternativ kann das Einstellen des neuen Sollwerts auch während der Gesamtverweilzeit (t2) vorgenommen werden.
[11] Bevorzugt wird die Lichtquelle dabei mit einem rechteckförmigen Strom betrieben. Die schnellen Änderungen des Sollwerts können dabei das Umpolen des Lampen¬ stroms sein.
[12] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal- tungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer Gasentladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en) [13] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh¬ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
[14] Fig. 1 Ein schematisches Blockschaltbild eines Be¬ triebsgerätes, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
[15] Fig. 2 Eine schematische Schnittdarstellung eines Videoprojektionssystems .
[16] Fig. 3 Ein Diagramm der Beleuchtungsstärke über den Zeitbereich eines kompletten Farbraddurch- laufes.
[17] Fig. 4 Ein Diagramm des Lichtquellenstroms mit Zeitbereichen für die normale und erhöhte Wandlerfrequenz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[18] Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Betriebsgerätes 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Das Betriebsgerät 1 besitzt einen 380V Gleichspannungseingang. Diese Spannung entsteht, wenn z.B. eine 230 V Netzspannung, wie sie in Europa und anderen Teilen der Welt üblich ist, gleichgerichtet wird und mit einem Speicherkondensator gestützt wird. Die Spannung wird in einen ersten Gleichspannungswandler 11 eingegeben, der aus der Eingangsspannung eine für eine Gasentladungslampe 5 geeignete Lampenspannung generiert. Diese Lampenspannung wird in einem Wechselrichter 13 weiterverarbeitet, die aus der Gleichspannung eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von wenigen 100Hz formt. Die- se Rechteckspannung wird über ein Überlagerungszündgerät 17 an die Gasentladungslampe 5 angelegt.
[19] Das Betriebsgerät 1 beinhaltet einen zweiten Gleich¬ spannungswandler 12, der ausgelegt ist, die Steuerschal- tung 15 mit Energie zu versorgen. Die Steuerschaltung 15 steuert den ersten Gleichspannungswandler 11 und den Wechselrichter 13 in einer Weise, dass das erfindungsge¬ mäße Verfahren ausgeführt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Betriebsgerät 1 als Betriebsgerät für ein Videoprojektionssystem ausgelegt. Um mit der Videoelektronik zu kommunizieren weist die Steuerschaltung 15 einen Eingang EVL auf, der über eine galvanische Tren¬ nung 16 geführt ist. Über diesen Eingang empfängt die Steuerschaltung 15 ein Sync-Signal, über das die Synchro- nisation mit der Videoelektronik erfolgt.
[20] Um die genaue Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen zu können, wird im folgenden kurz auf die Funktionsweise eines Videoprojektionssystems ein¬ gegangen, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Das Videoprojektionssystem gemäß Fig. 2 umfasst ein Betriebsgerät 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Dieses Betriebsgerät 1 betreibt die Gasentladungslampe 5, die weißes Licht aussendet, das mittels einer Optik 51, beispielsweise einer Linse, auf farbige Filter eines FiI- terrads 6 gebündelt wird. Dem Filterrad 6 ist in Ab¬ strahlrichtung der Gasentladungslampe 6 eine weitere Op¬ tik 52, beispielsweise ebenfalls eine Linse, nachgeord¬ net, die das von dem Filterrad 6 selektierte Licht auf einen DMD-Chip 71 lenkt. [21] Der DMD-Chip 71 umfasst mikroskopisch kleine schwenkbare Spiegel, die das farbige Licht entweder auf eine Projektionsoptik 8 lenken oder von dieser weg, je nachdem ob das zugehörige Pixel ausgeschaltet sein soll oder nicht. Der DMD-Chip 71 umfasst mit anderen Worten die Lichtventile zur Steuerung der einzelnen Pixel des Videoprojektionssystems. Das Filterrad 6 fungiert vorlie¬ gend als Farbmodulator, der sequentiell nacheinander einzelne Farben aus dem weißen Licht der Beleuchtungsein- richtung 10, die aus dem Betriebsgerät 1 und der Gasent¬ ladungslampe 5 besteht, selektiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Filterrad 6 einen roten Filter, einen grünen Filter und einen blauen Filter.
[22] Eine in dem Betriebsgerät 1 der Beleuchtungseinrich- tung gespeicherte Lichtkurve 23, die in Fig. 3 darge¬ stellt ist, umfasst vorliegend drei Segmente SR, SG, SB, die den einzelnen Farben der Filter des Filterrades 6, Rot, Grün und Blau zugeordnet sind. Das erste Segment SR hat ein Zeitintervall tR, während dem die Lichtkurve 23 eine konstante Beleuchtungsstärke BR aufweist. Das erste Segment SR ist der Farbe Rot zugeordnet, das heißt, dass während des Zeitintervalls tR der rote Filter des Filter¬ rades 6 rotes Licht aus dem weißen Licht der Beleuch¬ tungseinrichtung 10 selektiert. Nach dem Zeitintervall tR wechselt die Beleuchtungsstärke der Lichtkurve auf die Beleuchtungsstärke BG, die während eines Zeitintervalls tG des zweiten Segmentes SG konstant gehalten wird, das der Farbe Grün zugeordnet ist. Daher selektiert während des Zeitintervalls tG der grüne Filter des Filterrads 6 grünes Licht aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10. Nach Ablauf des Zeitintervalls tG wechselt das Filterrad 6 auf den blauen Filter und die Lichtkurve 23 in das dritte Segment SB. Das bedeutet, dass die Be¬ leuchtungsstärke der Lichtkurve 23 auf den Wert BB wech¬ selt, der während eines Zeitintervalls tB konstant gehal- ten wird. Aufgrund der unterschiedlichen Werte der Beleuchtungsstärke innerhalb der verschiedenen Segmente SR, SG, SB der Lichtkurve 23, die den einzelnen Farben Rot, Grün und Blau der Filter des Filterrades 6 zugeordnet sind, wird die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungsein- richtung 10 so angepasst, dass die Helligkeiten der einzelnen Farben Rot, Grün und Blau einem gewünschten Wert entsprechen, die zu einer vorgegebenen Farbtemperatur des Displaysystems führen. Die drei Segmente SR, SG, SB der Lichtkurve 23 bilden eine Periode der Lichtkurve 23, die eine Dauer zwischen 16 ms und 20 ms aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
[23] Eine Umpolung des Lampenstromes findet vorzugsweise dann statt, wenn das Filterrad 6 die Farben wechselt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Lichtsignal von dem DMD-Chip 71 dunkel getastet, um unerwünschte Farbverwischungen zu vermeiden. Um die Umpolung des Lampenstromes zu synchro¬ nisieren, sendet die Videoelektronik ein Sync-Signal an die Steuerschaltung 15, das diese dann in einer entsprechenden Ansteuerung des Wechselrichters 13 umsetzt.
[24] Eine weitere Quelle für schnelle Lampenstromänderun- gen ist der sogenannte Instandhaltungsimpuls, dieser ist z.B. aus der EP 766906 Bl bekannt. Der Impuls wird dem normalen Rechteck, bevorzugt kurz vor und/oder kurz nach der Kommutierung, also der Lampenstromumpolung, überla- gert . Der Impuls dient der Formung und Instandhaltung der Elektrodenspitzen der Gasentladungslampe. Der Instandhai- tungsimpuls ist aber auch bekannt bei Gasentladungslampen, die im Gleichstrombetrieb betrieben werden. Durch diesen Impuls treten innerhalb einer Rechteckhalbwelle große Lampenstromänderungen auf, die mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren besonders gut ausgeregelt werden können .
[25] Dadurch, dass die Informationen für den Instandhaltungsimpuls sowie die Informationen für die Einstellung des Farbortes anhand der Lichtkurve im Betriebsgerät ab- gespeichert sind, kann das erfindungsgemäße Betriebsver¬ fahren einfach und effizient angewandt werden. Die Steu¬ erschaltung 15 gibt dem Wechselrichter 13 die Schaltfrequenz und die Lampenleistung oder den Lampenstrom als Sollwert vor. Da die Steuerschaltung 15 weiss, wann die nächste Kommutierung oder der nächste Instandhaltungsimpuls ansteht, kann sie kurz vor diesem Zeitpunkt den Sollwert für die Wandlerfrequenz anheben. Dies hat zur Folge, dass der Gleichspannungswandler 11 wesentlich schneller auf die nun kommenden Stromänderungen reagieren kann, und die gewünschte Kurvenform besser nachgebildet wird.
[26] In Fig. 4 ist beispielhaft eine Halbwelle des Lam¬ penstroms 21 dargestellt. Während der Zeitspannen tu, ti2 und ti3, in denen sich der Lampenstrom nicht deutlich än- dert wird der Gleichspannungswandler 11 mit einer ersten Frequenz betrieben. Dieser Normalwert der Frequenz ist so gewählt, dass die Verluste des Wandlers minimiert sind. Bevorzugt wird der Wandler also im lückenden Betrieb oder mit der Grenzfrequenz zwischen lückenden und nichtlücken- den Betrieb gefahren. [27] Unter Kickenden Betrieb wird hier die Betriebsweise eines getakteten Schaltreglers bezeichnet, bei der der Strom durch den Schalter vor dessen Einschalten zu Null wird. Unter nichtlückenden Betrieb wird die Betriebsweise eines getakteten Schaltreglers bezeichnet, bei der der Strom durch den Schalter vor dessen Einschalten nicht zu Null geworden ist. Beim nichtlückenden Betrieb entstehen somit Schaltverluste. Der günstigste Betrieb für einen getakteten Schaltregler stellt der Betrieb an der Grenze zwischen lückenden und nichtlückenden Betrieb dar. An diesem Betriebspunkt sind die Verluste gegenüber der übertragenden Leistung minimal.
[28] Während der Zeitspannen t2 wird die Frequenz des Gleichspannungswandlers 11 um einen Erhöhungswert erhöht, um die großen Stromänderungen besser ausregeln zu können. Da der Gleichspannungswandler aufgrund seiner die Impedanz bildenden Bauteile, wie Induktivitäten und Kondensatoren, eine gewisse Trägheit aufweist, erfolgt die Soll¬ wertänderung der Frequenz eine Zeitspanne tRZ vor der Sollwertänderung des Lampenstromes. Nach der Sollwertänderung des Lampenstromes wird eine gewisse Latenzzeit t2- tRZ eingerechnet, während der sich der Lampenstrom sicher geändert hat. Dann wird die Frequenz wieder um den Erhö¬ hungswert auf die erste Frequenz erniedrigt. Während der Zeitspannen t2, in denen der Gleichspannungswandler mit erhöhter Frequenz betrieben wird, kann es vorkommen, dass die Betriebsweise in den nichtlückenden Betrieb fällt. Da die Zeitspannen tu, ti2 und ti3 gegenüber den Zeitspannen t2 sehr lang sind und insgesamt gesehen den größten zeit- liehen Anteil des Lampenstroms ausmachen, werden die Ver¬ luste aber insgesamt niedrig gehalten. Die erhöhten Ver- luste während der Zeitspannen t2 werden bewusst in Kauf genommen, da diese Zeitspannen sehr kurz sind und den Gesamtwirkungsgrad des Systems nur geringfügig verschlech¬ tern. Ist der Gleichspannungswandler aber auf die erste Frequenz ausgelegt, ist er kostengünstiger Herzustellen, als wenn er auf die höhere zweite Frequenz ausgelegt wä¬ re .
[29] Bei Anwendungen mit Halbleiterlichtquellen, wie z.B. Leuchtdioden ist das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls von Vorteil. Gerade bei Projektionsanwendungen mit Leuchtdioden werden die verschiedenen Leuchtdiodenstränge, die die verschiedenen Farben z.B. Rot, Grün und Blau erzeugen, für jeden Bildpunkt neu angesteuert. Bei ver¬ schiedenen Farben und Helligkeiten zweier benachbarter Bildpunkte sind die Stromänderungen durch die Leuchtdio¬ den mitunter sehr groß . Durch das erfindungsgemäße Ver¬ fahren werden die großen Stromänderungen der Leuchtdioden deutlich besser bewältigt, als es bisher möglich war.
[30] Mit der erfindungsgemäße Maßnahme wird die Regelcha- rakteristik des Betriebsgerätes bezüglich schneller Lichtquellenstromänderungen signifikant verbessert und die Eingangs genannten Probleme vermindert. Dadurch, dass der Gleichspannungswandler auf die erste Frequenz ausgelegt ist, erhöhen sich die Kosten des Betriebsgerätes, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, gegenüber dem bekannten Stand der Technik nicht.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regelung des Betriebes einer Lichtquelle (5), die von einem Gleichspannungswandler (11) mit einer Leistung versorgt wird, wobei durch Vorgabe ei¬ nes Sollwerts für einen Betriebsparameter des Gleich- Spannungswandlers (11) ein Stellwert geregelt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: vor schnellen Änderungen des Sollwerts Erhöhen der Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers (11) um einen Erhöhungswert, • Abwarten einer Verweilzeit (tRZ) , Einstellen des neuen Sollwerts, warten auf das Ende einer Gesamtverweilzeit (t2),
Erniedrigen der Schaltfrequenz des Gleichspan- nungswandlers (11) um den Erhöhungswert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des neuen Sollwerts während der Verweilzeit (tRZ) vorgenommen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des neuen Sollwerts während der Gesamtverweilzeit (t2) vorgenommen wird
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) mit einem rechteckförmigen Strom betrieben wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die schnellen Änderungen des Soll¬ werts das Umpolen des Lichtquellenstroms sind.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) mit einem Gleichstrom betrieben wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge— kennzeichnet, dass die schnellen Änderungen des Soll¬ werts der Beginn oder das Ende eines Instandhaltungs¬ impulses für eine Gasentladungslampe sind.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die schnellen Änderungen des SoIl- werts der Beginn oder das Ende eines Farbradabschnit¬ tes sind, durch den der Lichtquellenstrom synchronisiert wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gleichspannungs- wandler (11) während er mit der ersten Frequenz betrieben wird, im lückenden Betrieb oder an der Grenze zwischen lückenden und nichtlückenden Betrieb befindet.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswand¬ ler (11) in den nichtlückenden Betrieb übergeht, wenn er mit der erhöhten Frequenz betrieben wird.
11. Schaltungsanordnung zum Betreiben von Lichtquellen (5), aufweisend einen Gleichspannungswandler (11) und eine Steuerschaltung (15), gekennzeichnet durch den Betrieb mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1-8.
12. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) eine Gasentladungs¬ lampe ist.
13. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lichtquelle (5) eine Halbleiter¬ lichtquelle ist.
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